Дипломная работа на тему "Применение на судовых станциях автоматических идентификационных систем"

ГлавнаяКоммуникации и связь → Применение на судовых станциях автоматических идентификационных систем




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Применение на судовых станциях автоматических идентификационных систем":


Содержание

Введение

1. Назначение, принцип действия и сферы использования АИС

1.1 Назначение и основные функции

1.2 Принцип действия

1.3 Сферы и направления использования

1.4 Информационно - технические особенности АИС

1.5 Канал связи АИС

1.6 Судовая аппаратура

1.7 Береговой сегмент

1.8 АИС и Глава 5 Конвенции SOLAS

2. Отображение информации АИС. Сравнение информации на экране РЛС и мониторе АИС

3. AIS в сравнении с другими информационными средствами для определения курсов и скоростей целей (передающих динамическую информацию) и их изменения

3.1 Ограничения АИС

3.2 Достоинства АИС

3.3 Экономические и организационные достоинства AIS в сравнении с другими информационными средствами, используемыми для предотвращения столкновений судов

3.4 Недостатки АИС

3.5 Ограничения AIS как информационного средства для предотвращения столкновений судов

4. Отображение информации АИС на электронной карте

5. Практическая работа со станциями АИС

5.1 Состав станции AИС-100 фирмы «SeaTex»

5.2 Техническое обслуживание станции АИС

5.3 Обязанности штурмана по использованию станции АИС

6. Охрана труда при эксплуатации ТСС

6.1 Осмотр и ремонт аппаратуры

6.2 Электромагнитные поля

6.3 Статическое электричество

7. Экономическое обоснование внедрения АИС

Список литературы


Введение

автоматическая идентификационная система информация

Суда при подходе к крупным морским торговым портам непрерывно следуют друг за другом и навстречу друг другу. В акваториях портов для обеспечения безопасности плавания определены пути раздельного движения, обозначены фарватеры следования, места якорных стоянок, трасс подводных кабелей.

Суда зачастую следуют по каналам, ширина которых соизмерима с размерами судов. Любой неоправданный маневр судна может привести к необратимым последствиям, крупным экологическим катастрофам. Поэтому при подходах к портам и в акваториях портов создаются системы, в которых контроль движения судов производится с помощью береговых радиотехнических средств.

Несколько лет назад, в середине 90-х годов, термин Автоматическая Идентификационная Система (АИС) был известен только узкому кругу специалистов в сфере безопасности мореплавания и навигационной техники. За короткий срок АИС прошла путь от технического предложения до обязательного, согласно Конвенции SOLAS, вида навигационного оборудования, подлежащего установке на большинстве типов судов с 1 июля 2002 г.

Начало тысячелетия совпало с созданием новой судовой международной навигационно-связной системы идентификации и отображения навигационной обстановки - автоматической информационной (идентификационной) системы (АИС). Система АИС работает в ОВЧ диапазоне частот при ближней связи и использует каналы системы ИНМАРСАТ-С при дальней связи.

Особенность системы при ближней связи заключается в применении многостанционного доступа с временным разделением каналов; системы GNSS для синхронизации кадров излучаемых сигналов; нового метода модуляции сигналов с минимальным фазовым сдвигом; высокоскоростной передачи данных; высокоинформативного отображения навигационной обстановки на дисплее.

Десятки тысяч морских, рыбопромысловых и речных судов в период 2002-2008 гг. будут оснащены судовыми станциями АИС, рассматривается возможность размещения аппаратуры АИС на кораблях ВМФ и Пограничной Службы.

Мобильные станции АИС в дальнейшем будут устанавливаться на все виды средств навигационного обеспечения (СНО), на воздушные суда поиска и спасания.

Береговыми станциями АИС будут оснащаться побережья морских районов А1 ГМССБ, системы АИС будут входить в состав средств систем управления движением судов (СУДС). Крупнейшие фирмы-производители судовой радиоэлектронной аппаратуры на основе международного стандарта МЭК 61993-2 создадут в ближайшие годы разные модификации аппаратуры АИС, конкурирующие друг с другом.

Судовые станции АИС будут конвенционным оборудованием, которое обязательно для установки на всех судах с водоизмещением более 300 регистровых тонн. Следует ожидать, что в дальнейшем упрощенные модификации мобильных станций АИС будут устанавливаться и на судах меньшего тоннажа: прогулочных судах, яхтах, катерах и др.

Таким образом совершился новый скачок в развитии средств связи, навигации и устройств отображения, который приведет к необходимости изменения:

-  минимального состава судового радиооборудования во всех морских районах ГМССБ;

-  состава оборудования береговых станций морских районов А1 ГМССБ и центров управления СУДС и мониторинга.

Относительно несложная с технической точки зрения, небольшая по габаритам и недорогая в производстве судовая аппаратура АИС, по оценке специалистов, может внести существенный вклад в безопасность мореплавания, сравнимый с появлением на морском флоте радиолокационных станций (PJ1C) или спутниковой навигации.

В 1988-89 г.г. Комитет по VTS Международной ассоциации маячных служб (IALA), включая экспертов из IAPH, IAIN, IFSMA и IMP А, предпринял исследование "возможности применения транспондеров для опознавания и сопровождения судов при подходе, входе и плавании в районе обслуживания VTS". Статья, в которой кратко описывались первые результаты исследования, была представлена IALA на тридцать шестую сессию Подкомитета по безопасности судоходства (NAV 36) Международной морской организации (IMO) в сентябре 1990 г. Этот документ под названием "Требования к системе опознавания, опроса, сопровождения и автоматического оповещения для работы во взаимодействии с VTS" стал основой технических условий на AIS.

После консультаций с другими государствами-членами IMO, в том числе с Германией, Нидерландами, Норвегией и Соединёнными Штатами, которые, насколько было известно, разрабатывали в то время VHF транспондеры, IALA представила на сессию NAV 37 в 1991 г. документ с более строгими техническими требованиями. Проект технических требований носил название "Радиотранспондеры для целей VTS и возможности опознавания судна с берега", но кроме применения к задачам VTS признавались новые требования - возможность передачи данных между определёнными категориями надлежащим образом оборудованных судов и другими судами".

Таким образом, хотя вначале концепция транспондера касалась обмена данными судна с берегом для решения задач организации движения судов, например в помощь службам управления движением судов (VTS), эта концепция была расширена на начальном этапе и включала дополнительное требование передачи данных между судами с целью предупреждения столкновения судов.

После долгих (и часто напряжённых) дискуссий на форумах IMO и IALA в течение ряда лет постепенно возникли две системы на базе VHF радиосвязи : Транспондер на основе протоколов цифрового избирательного вызова (DSC), использующий VHF канал 70, и "Вещательная" универсальная AIS, использующая методы самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением (STDMA).

Вариант с DSC

Системы, выполненные согласно Рекомендациям ITU-R М.825, использующие методы цифрового избирательного вызова, применяются главным образом в качестве транспондеров для передачи данных с судов на берег по VHF каналам. Эти транспондеры обеспечивают опознавание, сопровождение и контроль судов с берега.

Для этой цели судно опрашивается (запрашивается) по меньшей мере, когда оно впервые входит в район, обслуживаемый центром VTS. Однако для инициации такого процесса опроса обычно требуется радиолокационное обнаружение цели, и часто необходимо вмешательство оператора. В системах AIS VHF канал обеспечивает пропускную способность до 500 сообщений в час. Совместное использование канала 70 с GMDSS также ограничивает частоту обновления сообщений в AIS, поскольку канал не может быть использован сверх 15% его теоретической максимальной пропускной способности. Скорость передачи - всего 1200 бит в секунду, хотя имеются успешные разработки с целью её повышения до 9600 бит в секунду. В качестве частичного пересмотра Рекомендаций ITU-R М.825 были приняты дополнительные процедуры судовой связи, использующие разновидность протоколов DSC, но работающие на отличных от канала 70 VHF каналах. Транспондеры, выполненные согласно этому стандарту, тоже обеспечивают опознавание и сопровождение судна судном, но только в ограниченной мере.DSC транспондеры не достигли окончательной поддержки принятых IMO технических условий; однако DSC технология оказалась привлекательной для нескольких государств. VHF (DSC) канал 70 уже определён в качестве VHF компонента Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (GMDDS) и стал обязательным элементом для судов, совершающих международные рейсы с февраля 1999 г. К тому же большинство государств Европы, Северная Америка и Япония выбрали морские районы А1/А2 согласно мероприятиям по развертыванию GMDDS. Это означает, что все суда, оперирующие в их территориальных водах, и береговые станции, обслуживающие эти суда, должны быть оборудованы VHF DSC аппаратурой для поддержки GMDSS.Поэтому транспондер, в котором используется подобная техника, и уже установленное судовое оборудование, стали привлекательным выбором, тем выбором, который можно было реализовать дёшево и сравнительно быстро. Несколько систем, использующих VHF (DSC) транспондеры, было создано в Великобритании и в Соединённых Штатах. Они главным образом обслуживают центры VTS или установлены на портовых вспомогательных судах или судах, работающих на постоянных пассажирских паромных линиях. Контроль Информационной службой пролива Па-де-Кале (CNIS) регулярных паромных линий, пересекающих Дуврский пролив, и VTS в порту Валдиз (шт. Аляска) - два примера систем AIS на базе DSC.Кроме того, DSC служит для администраций гибким средством автоматического выбора VHF частотных каналов, на которых работает AIS, в регионах, где выделенные для AIS каналы недоступны. По этой причине некоторые страны были заинтересованы в том, чтобы разрабатываемые организацией IEC стандарты на проведение испытаний "вещательных" AIS допускали обратную совместимость с DSC. "Вещательные" или радиомаячные системы.

"Вещательные" транспондеры, первоначально названные 4S - "судно-судно" и "судно-берег" (термин, введенный шведскими разработчиками), образовали основу того, что стало называться "универсальной судовой автоматической идентификационной системой (AIS)". Эта система заменила вариант с DSC и была принята IMO и ITU-R в качестве стандарта AIS.

Проще говоря, AIS - вещательный транспондер, работающий в VHF диапазоне морской подвижной службы. Он способен посылать информацию о судне (идентификатор, координаты, курс, скорость и т.п.) на другие суда и на берег. Он справляется с большим числом сообщений, обновляемых с большой частотой, и использует технические средства самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением (STDMA), обеспечивая надёжную работу судна с судном при высоких скоростях обмена информацией. В связи с эти ассоциация IALA разработала первоначальный проект "универсального" стандарта для IMO, образовав специальную группу из представителей промышленности и государственных органов. Проект в уточнённой форме был рассмотрен на сессии NAV 43 (июль 1997 г.) и официально принят конференцией MSC 69 11 мая 1998 г. под названием "Приложение 3 к резолюции IMO MSC.74 (69) - Рекомендации по техническим условиям на универсальную судовую автоматическую идентификационную систему (AIS)". Состояние технических стандартов и стандартов на проведение испытаний, выпускаемых международными организациями ITU-R и IEC, описывается ниже.

Как уже кратко говорилось, универсальная AIS согласно определению IMO и ITU-R - это судовая вещательная транспондерная система, работающая в VHF диапазоне морской связи. Она может отправлять информацию о судне (идентификатор, координаты, курс, скорость, длина, осадка, класс судна) и информацию о грузе на другие суда и берег. Она может обрабатывать свыше 2000 донесений в минуту и обновлять сообщения каждые две секунды. AIS использует технические средства самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением (STDMA), обеспечивая устойчивую и надёжную работу судна с судном при высокой скорости обмена сообщениями. Система обеспечивает обратную совместимость с DSC системами, что позволяет береговым GMDSS дёшево создавать каналы на рабочей частоте AIS и опознавать и сопровождать суда, оборудованные АГБ. Каждая система AIS состоит из одного VHF передатчика, двух VHF TDMA приёмников, одного VHF DSC приёмника и стандартной электронной линии связи с судовым индикатором и системами получения информации. Координаты и данные синхронизации обычно поступают от встроенного или внешнего приёмника глобальной спутниковой системы навигации (GNSS) (например, от GPS), в том числе от MF приёмника дифференциальной GNSS (DGNSS), используемого для точного определения координат в прибрежных и внутренних водах. Информация о направлении движения обычно передаётся всеми судами, оборудованными AIS, в то время как другая информация - курс и скорость относительно дна моря, скорость поворота, угол крена, килевая и бортовая качка, порт назначения и расчётное время прибытия - могут потребоваться только от некоторых судов. Передача данных по технологии STDMA

Транспондер AIS обычно работает в автономном и непрерывном режиме независимо от того, работает ли оборудованное им судно в открытом море, в прибрежных водах или во внутренних районах. Поскольку VHF донесения в основном передаются на сравнительно небольшие расстояния, требуют значительной скорости передачи и поскольку они не должны быть подвержены взаимным помехам, то используется две частоты в полосе морской подвижной службы. Используемый способ модуляции - FM/GMSK (частотная модуляция/гауссова манипуляция с минимальным частотным сдвигом) из-за его надёжности, эффективного использования полосы частот и широкого применения в мобильной цифровой связи.

Так 25-кГц VHF симплексный канал позволяет передавать примерно 2000 донесений в минуту при скорости передачи 9600 бит в секунду, 12,5-кГц VHF симплексный канал позволяет передавать примерно 1000 донесений в минуту при скорости передачи 4800 бит в секунду.

Передача сообщений осуществляется в отдельные временные окна (слоты), которые синхронизируются по данным системы GNSS с точностью не хуже 10 мкс. Каждая станция определяет свою собственную схему передачи (слот), исходя из предыстории информационного обмена по каналу связи и знания будущих действий со стороны других станций. Станции AIS непрерывно синхронизируются друг с другом с тем, чтобы избежать перекрытия передач в окнах. Станция AJS выбирает окно (слот) в определённом интервале случайным образом, и слоту назначается таймаут случайной величины длиной от 0 до 8 кадров. Когда станция меняет своё окно, она предварительно извещает о новой ячейке и таймауте для этой ячейки. Таким образом суда всегда будут принимать новые станции, в том числе станции, которые неожиданно появляются в зоне радиоприёма вблизи других судов.

Технические условия IMO и извещение IMO для ITU-R определяют тип обмениваемых данных, но не определяют требуемую интенсивность передачи сообщений. Комитет по VTS ассоциации IALA изучал эту проблему, и было бы интересно рассмотреть этот вопрос с точки зрения потребностей служб VTS и систем судовых сообщений в будущем. Рассмотрение основывалось на современных методах радиолокационной проводки, временных интервалах между последовательными засечками местоположения в системе DGNSS и, наконец, (в качестве наихудшего сценария) максимальной интенсивности движения в Сингапуре и Дуврском проливе. Режим работы современных радиолокаторов. У радиолокаторов скорость обновления данных определяется частотой вращения антенны, составляющей от 20 до 60 оборотов в минуту. Это даёт время обновления информации (в данном случае дальности и пеленга цели) от 1 до 3 секунд. Последовательные засечки местоположения в системе DGNSS. В районах затруднённого плавания для целей надёжного сопровождения, предупреждения столкновений и проводки судов позиция судов должна определяться с точностью не ниже 15 метров. Навигация с помощью DGNSS обеспечивает точность определения координат примерно 5 метров. Применение алгоритмов прогнозирования параметров движения вносит дополнительную ошибку порядка не более 10 метров.

Для судов, не изменяющих свой курс, скорость обновления данных, необходимая для достижения такого уровня точности определения координат, определяется скоростью хода судна и даёт следующие интервалы между передачами сообщений Максимум трафика - Сингапур и Дуврский пролив. Эти расчёты основаны на результатах анкетирования Администрации порта Сингапур и Береговой охраны Дуврского пролива, отвечавшим на вопрос, сколько судов они ожидают в радиусе 20 морских миль (на основе данных 1990 г.). Ответ из Сингапура состоял в том, что в любой момент имеется примерно 300 судов, пришвартованных у стенки или на якоре и 60-70 торговых судов на ходу. VHF транспондер, как можно предполагать, буде иметь дальность действия около 40 морских миль. Поэтому была произведена экстраполяция данных, в результате которой получено 300 судов на якоре и 210 на ходу. К этой цифре было дополнительно добавлено 100 судов, чтобы учесть паромы, лоцманские катера, буксиры, вспомогательные, патрульные и рыболовные суда. В таблице 2 приведены результирующие оценки числа донесений о позиции судов, требующихся каждую минуту с учётом значений скорости обновления сообщений, приведённых в таблице 1.Этот сценарий даёт оценку 3060 донесений в минуту. Аналогичный расчёт для Дуврского пролива даёт примерно 2550 донесений в минуту (480 судов). Из практических соображений была выбрана цифра 2000 донесений в минуту в качестве минимального требования.


1. Назначение, принцип действия и сферы использования АИС

1.1 Назначение и основные функции

Назначение и основные функции Автоматической идентификационной системы (АИС) официально определены в Резолюции IMO MSC.74(69) от 12 мая 1998 г.:

- АИС должна улучшить безопасность судовождения, защиту окружающей среды и эффективность использования СУДС посредством выполнения следующих функций:

- предупреждение столкновений в режиме работы «судно - судно»;

- получение прибрежными государствами информации о судне и грузе, а также использование в качестве технического средства VTS в режиме работы «судно - берег».

Назначение, цели и основные функции АИС приведены также, с некоторыми вариациями, в Правиле 19 Главы 5 Конвенции SOLAS и в Резолюции IMO А.917(22) «Руководство по использованию АИС на судах». На основании трех упомянутых документов можно дать следующее определение для АИС и ее основных функций.

АИС - многофункциональная информационно-техническая система, оборудование которой устанавливается на судах и в береговых службах в целях обеспечения безопасности мореплавания и автоматизации обмена навигационной информацией.

АИС обеспечивает:

- автоматическую и регулярную передачу судном другим судам и береговым службам информации, включающей сведения о судне, координаты, курс, скорость и другие данные;

- автоматический прием, обработку и отображение аналогичной информации от других судов и береговых служб;

- автоматическое сопровождение (прокладку движения) судов, оборудованных АИС, в целях предупреждения столкновений, а также контроля и регулирования судоходства;

- автоматизированный обмен сообщениями, связанными с безопасностью мореплавания, между судами и береговыми службами.

1.2 Принцип действия

Суда, оборудованные аппаратурой АИС, находясь в открытом море или в прибрежных районах, регулярно передают в диапазоне ОВЧ (УКВ) морской подвижной радиослужбы стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, векторе скорости, опасном грузе на борту, порте назначения, времени прибытия и другую.

Одновременно каждым судном, оборудованным АИС, принимается аналогичная информация от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн ОВЧ (УКВ) диапазона (20 - 30 миль). Принятая информация автоматически обрабатывается и отображается на одном из судовых навигационных дисплеев. Синхронизация работы всех станций АИС (судовых и береговых) обеспечивается глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС), которая также является источником передаваемой информации о координатах и векторе скорости.

В прибрежных районах, где установлены базовые станции АИС, информация, передаваемая судами, принимается базовыми станциями и поступает в распоряжение береговых служб (СУДС и системы судовых сообщений, службы поиска и спасения, службы экологического контроля и ликвидации последствий загрязнения, пограничные и таможенные власти, различные портовые службы). Обычно, для получения целостной картины судоходства в контролируемом районе, базовые станции АИС объединяются в сети, позволяющие интегрировать информацию от отдельных базовых станций между собой, а также с информацией, получаемой в СУДС и в обязательных системах судовых сообщений. В прибрежных районах точность определения координат судов с помощью ГНСС и, следовательно, эффективность АИС могут быть повышены посредством береговых опорных станций и радиомаяков, передающих для судов дифференциальные поправки.

Базовые (береговые) станции АИС могут действовать в активном режиме, управляя режимом работы судовых станций и передавая им информацию, связанную с безопасностью мореплавания (местные навигационные предупреждения, дифференциальные поправки для ГНСС, данные о судах, сопровождаемых СУДС, и другую). При нахождении судов вне районов действия береговых базовых станций и в открытом море АИС может действовать в режиме дальней связи через Инмарсат- С. В этом режиме обеспечивается автоматическая передача информации от судов в адрес береговых служб в целях мониторинга судоходства в территориальных водах, исключительных экономических зонах и районах ответственности морских спасательно-координационных центров (МСКЦ).

Аппаратура АИС может также устанавливаться на летательных аппаратах, участвующих в поисково-спасательных операциях на море, и на средствах навигационного оборудования (СНО) морских путей (плавучих и стационарных). Лоцманские службы могут использовать портативную аппаратуру АИС, доставляемую на борт судна и работающую автономно или с подключением к судовому оборудованию АИС.

Принцип взаимного получения и использования информации АИС двумя судами, находящимися в «радиовидимости» друг друга.

Судовая аппаратура каждого судна упрощенно представлена тремя блоками: приемник ГНСС, контролер (управляющее устройство на основе микропроцессора) и приемопередатчик ОВЧ (УКВ) диапазона. Обмен информацией между аппаратурой двух судов осуществляется через специальный канал связи АИС, выделенный в диапазоне ОВЧ морской подвижной службы.

Отображение принятой и обработанной информации производится на экране судового навигационного графического дисплея (РЛС/САРП, электронная картографическая система, интегрированная навигационная система). Символ встречного судна (треугольник) и метка истинного курса ориентированы по данным гирокомпаса. Вектор скорости, получаемый по данным ГНСС, может не совпадать с курсом (острым углом треугольника) при наличие дрейфа (сноса). При наведении на символ встречного судна маркера в дополнительном окне дисплея выдаются данные по судну, включающие название или позывной, координаты или пеленг/дальность, курс и скорость, Дкр и Ткр, тип судна, его навигационный статус (например, ограничено осадкой), данные о наличии опасного груза, порт назначения, ЕТА и т.д.

Для обеспечения одновременной работы многих судовых и береговых станций АИС на одном частотном канале используется метод множественного доступа с временным разделением (TDMA - Time Division Multiplied Access).

Благодаря общей синхронизации всех станций АИС по сигналам ГНСС, минутный кадр передачи - приема информации делится на 2250 временных интервалов (слотов). Каждая станция АИС выбирает для передачи своей информации один слот или несколько последовательных слотов, не занятых другими станциями. Кроме того, в передаваемые сообщения включается служебная информация о слотах, которые каждая станция АИС резервирует для передачи следующего сообщения. Таким образом, все станции АИС, находящиеся в радиусе «радиовидимости» друг друга, автоматически взаимно синхронизируются, не создавая помех общей работе. Период передачи информации станциями АИС определяется типом станции (судовая, базовая, установленная на СНО) и состоянием судна (неподвижное, на ходу, маневрирующее). Для большинства движущихся судов период передачи изменяется от 10 до 2 секунд, то есть, соизмерим с периодом обновления радиолокационной информации (2 - 4 секунды), определяемым частотой вращения антенны PJIC. Это позволяет осуществить постоянное слежение за движением судов, аналогичное автоматическому сопровождению с помощью РЛС/САРП.

Рабочие режимы AIS

AIS обычно работает в автономном режиме самоорганизующегося информационного обмена между судами, если береговая станция (например, центр VTS) не назначит в определённом районе сеть информационного обмена "судно-берег" для всех судов и береговых абонентов. Стандарт на универсальные AIS (Рекомендации ITU-R М.1371) определяет два канала рабочих частот AIS1 и AIS2 и требует, чтобы эти каналы работали одновременно и параллельно. Для связи судна с судном в открытом море конференция WRC-97 выделила каналы 87В и 88В. Конференция WRC-97 также предусмотрела выделение в случае необходимости региональных каналов для AIS, например, в пределах зоны ответственности VTS и (или) в пределах национальных границ.

В районах обслуживания VTS режимы связи "судно-судно" и "судно-берег" действуют автономно и параллельно. Для обеспечения каждого из двух рабочих режимов требуются отдельные выделенные частоты: режим "судно-судно" требует два выделенных симплексных частотных канала, и режим "судно-берег" требует два выделенных дуплексных частотных канала. Для выполнения требуемых услуг и функций системы VTS требуют дуплексные каналы. Для служб VTS, которые охватывает большие географические районы, обслуживаемые несколькими постами связи, обычно требуется два дуплексных канала, чтобы избежать взаимных помех между соседними вышками. В районах, обслуживаемыми более чем двумя постами, для эффективного использования частотного спектра вышки могут по очереди использовать два частотных канала. AIS должна иметь возможность работать в режиме "судно-судно" везде и непрерывно. Таким образом, требуется, чтобы в зоне ответственности VTS система AIS поддерживала оба режима связи "судно-берег" и "судно-судно" на двух отдельных каналах. Для выполнения этого требования и ослабления явления взаимных помех (поскольку один канал может быть забит взаимными помехами) судовые транспондеры AIS проектируются для одновременной работы на двух частотных каналах. Стандарт на универсальные AIS предусматривает автоматическое переключение каналов (управление каналами с помощью DSC и транспондеров AIS с перестройкой по частоте) для дуплексных и симплексных каналов.

Распределение частот

В ответ на просьбу IMO о выделении частот для AIS Всемирная конференция по радиосвязи 1997 г. (WRC-97) выделила для этой цели два глобальных канала из VHF полосы морской подвижной службы. Это каналы AIS 1 - 87В (161,975 МГц) и AIS 2 - 88В (162,025 МГц). Эти каналы были выбраны с целью увеличения пропускной способности и ослабления взаимных радиопомех. Конференция WRC-97 также предусмотрела для администраций выделение "региональных частотных каналов для AIS" там, где каналы 87В и 88В недоступны, и в случае необходимости получение новых каналов согласно приложению S18 к Рекомендациям ITU-R М. 1084-2 (симплексный режим дуплексных каналов и (или) 12,5- кГц узкополосные каналы). Конференция WRC-97 далее заявила, что "эти регионы должны быть большими, насколько это возможно", для решения задач безопасности судоходства.

В пределах района VTS/AIS переключение каналов AIS осуществляется, когда береговые станции переключают судовые транспондеры на выделенные для VTS/AIS рабочие частоты. Переключение частоты может быть выполнено несколькими методами, включая автоматическое переключение береговыми базовыми станциями или ручное переключение оператором AIS на судне. Переключение может быть выполнено береговой станцией VTS с помощью протокола STDMA или станцией района А1 GMDSS с помощью DCS.Международный союз электросвязи (ITU) утвердил технический стандарт на универсальные судовые AIS (Рекомендации ITU-R М.1371, разработанные по просьбе Международной морской организации (IMO)).

Управление каналами

При выделении двух частот для использования AIS в открытом море конференция WRC-97 открыла широкую дорогу для администраций для выделения региональных частот для AIS, где эти две частоты не доступны. И Рекомендации ITU- R М.1371 и Конференция WRC-97 определяют, что частоты A1S (для работы в открытом море или на региональном уровне) должны выделяться из полосы морской VHF связи, определяемой Приложением S18 Международного регламента радиосвязи. WRC-97 также предусматривает использование для AIS 12,5-кГц узкой полосы, там где она может потребоваться для администраций вследствие отсутствия доступа к каналу.

Для того чтобы облегчить полное использование полосы частот и обеспечить автоматическое переключение частотных каналов для судов и береговых станций, стандарт AIS использует цифровой избирательный вызов (DSC). В стандарте используется термин "управление каналами". Как уже было сказано выше в данной статье, VHF DSC был вначале реализован и принят как часть Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (GMDDS) и поэтому является обязательной аппаратурой на судах, осуществляющих международные рейсы. Так как некоторые администрации используют DSC для автоматического опознавания судов (например, Навигационная информационная система в Дуврском проливе и VTS в порту Валдиз на Аляске), новый стандарт на AIS также предусматривает "совместимость с DSC".

Благодаря использованию DSC и всех соответствующих положений нового стандарта на AIS система AIS будет совместима с морскими VHF радиостанциями и может быть осуществлена "универсально" во всём мире. Понятно, что Соединённые Штаты, Сингапур и Новая Зеландия могут столкнуться с проблемами при выделении каналов для AIS, и им может понадобиться выделить отдельные региональные частоты для использования в своих районах. В Соединённых Штатах Федеральная комиссия связи (FCC) не смогла оставить два международных канала (87В и 88В) специально для целей AIS, так как они ранее были распределены для других целей. Хотя FCC и определила VHF канал 228В для работы AIS в режиме "судно-судно", Береговая охрана должна теперь определить второй канал для работы AIS в режиме "судно-судно" в национальном масштабе. Кроме того, Береговая охрана должна получить необходимые частоты для связи "судно- берег" в зонах ответственности VTS-Это всего лишь один пример, и вполне возможно, что рабочие каналы AIS, отличные от каналов, назначенных Конференцией WRC, будут использоваться в других районах мира. Однако благодаря применяемой организации каналов и используемых методов автоматического переключения каналов, связь для абонента будет в основном прозрачной, и этот факт будет оказывать небольшое влияние на международное судоходство и функционирование AIS.

1.3 Сферы и направления использования

На борту судна АИС используется судоводительским составом в следующих направлениях:

- как навигационное оборудование, дополняющее судовую PJIC и обеспечивающее получение информации о местоположении, курсе и скорости других судов в целях предупреждения столкновений;

- как средство получения дополнительной информации о других судах (название или позывной, тип судна, его навигационный статус, порт назначения, маршрут движения), позволяющей правильно оценить обстановку и принять решение по управлению судном;

- как средство обмена с другими судами и береговыми службами сообщениями, связанными с безопасностью мореплавания;

- как средство автоматической передачи информации в береговые службы,

- включая СУДС и обязательные системы судовых сообщений, позволяющее исключить радиотелефонный обмен или снизить его объем;

- как средство получения от береговых служб местной навигационной информации (судоходная обстановка, метеорологическая и гидрологическая информация).

В системах управления движением судов (СУДС), системах судовых сообщений и других береговых службах контроля и регулирования судоходства АИС используется в следующих направлениях:

- как оборудование, дополняющее береговые PJIC, традиционные средства связи и обеспечивающее получение информации о местоположении и движении судов в целях контроля, организации и регулирования судоходства;

- как средство автоматической идентификации и получения информации судах в контролируемых районах (название или позывной, тип судна, его навигационный статус, наличие опасного груза, порт назначения, маршрут движения и др);

- как средство автоматизированной передачи судам местной навигационной информации и предупреждений (судоходная обстановка; состояние СНО, обнаруженные опасности, метеорологическая и гидрологическая информация).

- как дополнительное (резервное) средство передачи на суда дифференциальных поправок для глобальных навигационных спутниковых систем;

- как дополнительный источник информации при организации и планировании портовых операций (портовый флот и местное пассажирское сообщение, расстановка судов на рейдах и у причалов и др.);

- как средство дистанционного автоматического контроля за положением и техническим состоянием плавучих и стационарных СНО.

Использование АИС в деятельности служб поиска и спасения позволяет повысить эффективность поисково-спасательных операций посредством следующих мер:

- автоматизация контроля местоположения судов в районах ответственности МСКЦ;

- автоматизация контроля местоположения спасательных судов и летательных аппаратов, участвующих в операциях поиска и спасения; •автоматизация обмена информацией между МСКЦ и участниками операций поиска и спасения.

В деятельности лоцманских служб АИС может использоваться в следующих направлениях:

- применение портативной аппаратуры АИС, доставляемой лоцманами на борт судна;

- автоматический контроль за местоположением и движением лоцманских судов, включая нахождение у причала, а также у борта судна при высадке и приеме лоцмана;

- автоматизированный обмен информацией с судами относительно порядка лоцманской проводки, времени и места приема лоцмана.

При использовании АИС в плавучих и стационарных средствах навигационного оборудования (СНО) достигаются следующие преимущества:

- обнаружение и навигационное использование СНО на расстояниях, значительно превышающих возможности визуального и радиолокационного обнаружения;

- автоматическая передача метеорологической и гидрологической информации от датчиков, установленных на СНО;

- возможность автоматического дистанционного контроля за местоположением и состоянием СНО со стороны береговых служб;

- возможность применения «виртуальных» СНО (дополнительных или временных) там, где физическая установка СНО затруднена.

1.4 Информационно - технические особенности АИС

Основные компоненты, виды информации и режимы работы. АИС является информационно-технической системой, обеспечивающей автоматический обмен навигационной и иной информацией, связанной с безопасностью мореплавания, между судовыми и другими станциями АИС по специальному каналу радиосвязи.

В состав АИС входят следующие основные компоненты:

- мобильные станции (транспондеры), устанавливаемые на судах, а также на других объектах (поисково-спасательные летательные аппараты, средства навигационного оборудования - СНО).

- канал связи АИС, обеспечивающий обмен информацией между мобильными и береговыми станциями АИС.

- цепь береговых станций АИС, включающая базовые станции, симплексные и дуплексные репитеры.

- информационная сеть АИС, связывающая базовые станции АИС с береговыми службами.

- оборудование АИС, устанавливаемое в береговых службах (СУДС, системы судовых сообщений, береговая охрана, портовый контроль, МСКЦ, гидрографическая служба и другие).

Цепь станций АИС, информационная сеть и оборудование, устанавливаемое в береговых службах, объединяются понятием береговой сегмент АИС. Мобильные судовые станции АИС сопрягаются с навигационным приемником ГНСС/ДГНСС, гирокомпасом, датчиком угловой скорости, другими источниками информации, а также с одним или с несколькими навигационными дисплеями, где отображается информация АИС (РЛС/САРП, электронная картографическая система или навигационный комплекс). Кроме того, АИС активно взаимодействует с системами радионавигации и связи, такими как ГНСС (GPS/ГЛОНАСС), дифференциальные опорные станции и радиомаяки ДГНСС, система морской спутниковой связи Инмарсат- С.

Первостепенное значение в АИС имеет информация, передаваемая и принимаемая судовой аппаратурой, которая подразделяется на следующие виды:

- статическая (идентификаторы, тип, длина и ширина судна, положение антенны ГНСС, высота над уровнем киля);

- рейсовая (осадка, наличие опасного груза, порт назначения, ЕТА, план перехода, количество людей на борту);

- динамическая (координаты судна, признак точности и время определения координат; вектор путевой скорости, курс, статус судна; угловая скорость).

Содержание статической, рейсовой и динамической информации приведено в таблице 1.1

Таблица 1.1

Вид и содержание информации | Особенности информации |
---------------------------------------------------------
Статическая |
---------------------------------------------------------
MMSI | Идентификатор морской подвижной радиослужбы. Вводится при установке аппаратуры. |
---------------------------------------------------------
Название и позывной сигнал судна | Вводится при установке аппаратуры. Может меняться только при перерегистрации судна. |
---------------------------------------------------------
IMO номер | Вводится при установке аппаратуры. Изменению не подлежит. |
---------------------------------------------------------
Тип судна | Вводится при установке аппаратуры. Изменению не подлежит. |
---------------------------------------------------------
Длина и ширина судна | Вводится совместно с положением антенны ГНСС. |
---------------------------------------------------------
Положение антенны датчика местоположения | Может меняться при наличии нескольких приемных антенн. |
---------------------------------------------------------
Тип датчика местоположения судна | Вводится при установке аппаратуры в зависимости от сопрягаемого навигационного оборудования |
---------------------------------------------------------
Высота над уровнем киля | Дополнительная информация о высоте мачт или других конструкций. |
---------------------------------------------------------
Динамическая |
---------------------------------------------------------
Координаты судна | Автоматически считываются с датчика местоположения, подключенного к аппаратуре АИС. |
---------------------------------------------------------
Признак точности координат | Характеризует точность определения координат - хуже 10 м или лучше 10 м (при использовании режима ДГНСС) |
---------------------------------------------------------
Время определения координат | Время по шкале UTC. Автоматически считывается с датчика местоположения, подключенного к аппаратуре АИС |
---------------------------------------------------------
Путевой угол, путевая скорость (относительно грунта) | Автоматически считывается с датчика местоположения, подключенного к аппаратуре АИС. (COG - Course over ground / SOG - Speed over ground). |
---------------------------------------------------------
Курс | Автоматически считывается с судового курсоуказателя (гирокомпаса), подключенного к аппаратуре АИС |
---------------------------------------------------------
Навигационный статус судна | Вводится вручную с выбором из списка. Изменения рекомендуется делать одновременно с включением огней или с подъемом знаков, предписанных МППСС |
---------------------------------------------------------
Угловая скорость | Скорость поворота (изменения курса). Автоматически считывается с соответствующего датчика, если он имеется на судне. |
---------------------------------------------------------
Рейсовые данные |
---------------------------------------------------------
Осадка | Вводится вручную и изменяется при необходимости. |
---------------------------------------------------------
Опасный груз | При наличии опасного груза вводится вручную перед началом рейса. |
---------------------------------------------------------
Пункт назначения, ЕТА | Вводится вручную перед началом рейса, изменяется при необходимости |
---------------------------------------------------------
План перехода | Определяется координатами путевых точек. Вводится вручную перед началом рейса, изменяется при необходимости. |
---------------------------------------------------------
Количество людей на борту | Дополнительная информация. Передается по инициативе судна или по запросу береговой станции |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Для мобильных судовых станций АИС класса А интервалы передачи динамической информации приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2

Состояние и параметры движения судов | Интервал передачи динамической информации |
---------------------------------------------------------
Суда на якоре или у причала со скоростью менее 3 узлов | 3 минуты |
---------------------------------------------------------
Суда на якоре или у причала со скоростью более 3 узлов | 10 секунд |
---------------------------------------------------------
Суда со скоростью от 0 до 14 узлов | 10 секунд |
---------------------------------------------------------
Суда со скоростью от 0 до 14 узлов, изменяющие курс | 3,33 секунды |
---------------------------------------------------------
Суда со скоростью от 14 до 23 узлов | 6 секунд |
---------------------------------------------------------
Суда со скоростью от 14 до 23 узлов, изменяющие курс | 2 секунды |
---------------------------------------------------------
Суда со скоростью более 23 узлов | 2 секунды |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Первая строка таблицы 2.2 учитывает практический факт, что приемник ГНСС для судна, стоящего у причала или на якоре, может вырабатывать вектор движения со скоростью до 1-2 узлов. Вторая строка предусмотрена для случаев, когда судно снялось с якоря или отошло от причала, но при этом навигационный статус (судно на якоре) не был изменен судоводителями.

Кроме регулярно передаваемой статической, рейсовой и динамической информации, в АИС предусмотрены эпизодические (нерегулярные) информационные сообщения, передаваемые по мере возникновения необходимости: текстовые сообщения, связанные с безопасностью мореплавания и бинарные сообщения, служащие для передачи дополнительной информации.

Передача текстовых сообщений, связанных с безопасностью мореплавания, осуществляется в случаях, предусмотренных Правилом 31 Главы 5 Конвенции SOLAS. Текстовые сообщения передаются циркулярным (всем станциям) или адресным (станции с указанным MMSI) методом. В последнем случае требуется подтверждение получения сообщения. Текстовые сообщения, связанные с безопасностью мореплавания, составляются в свободной форме и имеют длину до 161 символа (до 966 бит полезной информации), что требует для их передачи от 1 до 5 слотов.

Бинарные (двоичные) сообщения для передачи дополнительной информации, также как и текстовые сообщения, связанные с безопасностью, передаются циркулярным или адресным методом. В последнем случае от станции - получателя требуется передача подтверждающих сообщений. Главное отличие бинарных сообщений состоит в том, что их перечень и формат строго стандартизованы, а подготовка автоматизирована. На международной основе определено и зарезервировано на будущее 64 типа бинарных сообщений (International Function Messages - IFM). Бинарные сообщения занимают от 1 до 5 слотов и подразделяются на следующие группы:

- сообщения общего назначения;

- сообщения, связанные с деятельностью СУДС;

- сообщения, связанные с работой СНО;

- сообщения, связанные с поисково-спасательными операциями.

К сообщениям общего назначения относятся так называемые «текстовые телеграммы», а также стандартные запросы на получение дополнительной информации и соответствующие ответы.

Из бинарных сообщений, связанных с деятельностью СУДС, наибольший интерес представляет сообщение, используемое для циркулярной передачи Центром СУДС информации о судах, не оборудованных АИС, но сопровождаемых береговыми PJ1C в составе СУДС.

Такое сообщение содержит данные по нескольким (от 1 до 7) судам, включающие:

- идентификатор судна (MMSI, IMO номер, или позывной сигнал);

- координаты (широта и долгота):

- вектор путевой скорости (курс и скорость относительно грунта -

COG/SOG);

- время, прошедшее с момента определения координат судна.

Другой тип сообщений, связанных с деятельностью СУДС, используется для передачи информации о путевых точках или маршруте движения судна. Такая информация может передаваться судном в адрес Центра СУДС в качестве плана перехода, если таковой предусмотрен правилами плавания в районе действия СУДС или системы судовых сообщений. Аналогично, Центр СУДС может передать на судно предлагаемый план перехода. В одном таком сообщении может быть передана информация о маршруте, включающем до 14 путевых точек.

Используя бинарные сообщения, СУДС может запросить от судовой станции данные о высоте судовых конструкций (мачт) над уровнем киля, что очень важно при прохождении судна под мостами или линиями электропередачи. При организации спасательных операций МСКЦ может аналогичным образом запросить у судовой станции количество людей на борту судна.

Процедуры обмена информацией по каналу АИС жестко регламентированы в Рекомендациях ITU-R М. 1371-1. Для передачи и приема информации станциями АИС любого вида предусмотрено 22 возможных сообщения, сводный перечень которых дан в Приложении 1. Там же приведен формат некоторых, наиболее часто используемых сообщений.

Для передачи информации станции АИС используют три основные режима работы:

Автономный (независимый) режим работы является основным, используется как в открытом море, так и «по умолчанию» в прибрежных районах. Передача динамической информации судовыми станциями осуществляется с интервалом, указанным в таблицах 2.2 и 2.3.

Назначенный (зависимый) режим работы используется в прибрежных районах под управлением базовых станций, которые могут назначить для мобильных станций интервал передачи и номера используемых слотов. Например, для судна, заходящего в гавань со скоростью 8 узлов, по инициативе Центра СУДС устанавливается интервал передачи динамической информации 3 с взамен стандартного интервала 10 с. Однако, мобильные станции должны игнорировать назначения интервала передачи, превышающие его стандартное значение.

Запросный режим работы используется в комбинации с автономным или назначенным. В этом режиме сообщение мобильной станции формируется и передается в ответ на запрос базовой или другой мобильной станции. Запросный режим работы может использоваться, например, для получения от судовой станции внеочередного сообщения со статической и рейсовой информацией.

1.5 Канал связи АИС

Канал связи АИС организуется в диапазоне ОВЧ/VHF (УКВ) морской подвижной радиослужбы (частота 156,25 - 162,25 МГц, средняя длина волны 1,8 м). Канал связи АИС, включающий передающее устройство, среду распространения радиоволн и приемное устройство, в нормативных документах получил условное название VDL (VHF Data Link - канал передачи данных). В канале связи АИС используется частотная модуляция с Гауссовской минимизацией сдвига (FM/GMSK - Frequency Modulation/Gaussian Minimum Shift Keying). В упрощенном представлении это означает, что на время передачи одного бита информации излучаемая частота несколько понижается, если передается «нуль», или несколько повышается, если передается «единица». Кодировка передаваемых символов (букв, цифр и других знаков, из которых формируется сообщение) осуществляется по шести битовому коду ASCII, в котором каждый из 64 возможных символов кодируется последовательной серией из шести «нулей» и «единиц».

Радиоволны в канале связи АИС практически распространяются в пределах видимого горизонта с учетом высоты установки передающей и приемной антенн. Так, в открытом море для двух судов с высотами установки антенн до 20 м дальность действия АИС составляет 20 миль. Дальность действия береговой (базовой) станции АИС с высотой установки антенны 100 м при высоте установки судовых антенн до 20 м лежит в пределах 30 миль. В прибрежных районах радиоволны АИС распространяются не только прямолинейно, но и с учетом эффектов огибания небольших препятствий и отражений от береговых массивов. Потому, работа АИС возможна при отсутствии прямой видимости между приемной и передающей антеннами, например, в архипелагах, извилистых проливах, фиордах или на реках.

В целях обеспечения унификации и стандартизации АИС в Международном Регламенте Радиосвязи закреплено для использования в целях АИС два канала: AIS- 1 (87В -161,975 МГц) и AIS-2 (88В -162,025 МГц), которые должны использоваться повсеместно, за исключением регионов с особым частотным регулированием. В ряде регионов (стран) каналы 87В и 88В традиционно используются другими радиослужбами и их освобождение для работы АИС практически невозможно. В подобных регионах предусматривается использование для работы АИС иных частот (региональных каналов АИС), выделенных для этой цели национальными или международными органами в области радиосвязи. Например, в США для целей АИС выделены канал 88В (международный канал AIS-2) и канал 87А (региональный канал с частотой 157,375 МГц в отличие от международного канала 87В с частотой 162,025 МГц). Региональные каналы АИС могут выделяться с разносом частот между соседними каналами 25 кГц и 12,5 кГц. Соответственно, каналы с разносом частот 12,5 кГц должны иметь более узкую полосу пропускания, которая определяет скорость передачи данных.

Отсюда вытекает необходимость иметь в аппаратуре АИС приемники и передатчик с переключением рабочих частот и обеспечить стандартизованные способы управления частотными каналами АИС с переходом от международных к региональным и обратно. При входе в регион с особыми каналами, судовая станция АИС должна переключиться на региональные каналы, а при выходе из такого региона - на международные каналы или на каналы смежного региона. В целях исключения потери информации при пересечении границ регионов, предусмотрены так называемые транзитные зоны, примыкающие с обеих сторон к границам регионов. При работе в транзитных зонах станция АИС передает поочередно на каналах, принадлежащим разным регионам, одновременно и параллельно принимая информацию на этих каналах.

Управление каналами АИС обеспечивается тремя способами: передачей береговыми станциями АИС специального сообщения, командой с цифровым избирательным вызовом (ЦИВ), передаваемой базовыми станциями морского района А1 ГМССБ, и ручным переключением в судовой аппаратуре. Очевидно, что региональные каналы должны быть внесены в память судовой аппаратуры. Правительства государств, вводящих региональные частоты АИС, должны предоставить соответствующую информацию в IMO и в МСЭ/ITU до 1 апреля 2002 г.

Работа каждой станции АИС (мобильной или базовой) жестко синхронизирована по всемирному координированному времени (UTC) с погрешностью не более 10 мкс от встроенного приемника ГНСС (синхронизация АИС, используемых в Российской Федерации, осуществляется по сигналам встроенного комбинированного приемника ГНСС ГЛОНАСС/GPS). В случае отказа встроенного приемника ГНСС используются резервные варианты синхронизации по сигналам других станций АИС, обычно - базовых. Для передачи информации используются непрерывно повторяющиеся кадры длительностью 1 минута, которые разбиваются на 2250 слотов (временных интервалов) длительностью по 26,67 мс.

Работа станций АИС на двух частотных каналах (международных или региональных) позволяет повысить надежность канала связи АИС и увеличить его пропускную способность. Передатчик каждой станции АИС излучает поочередно на обеих частотах, а два приемника параллельно принимают и суммируют сообщения других станций на обеих частотах. Таким образом, обеспечивается возможность передачи за 1 минуту 4500 наиболее коротких сообщений, занимающих 1 слот. Некоторые виды сообщений могут занимать несколько последовательных слотов - от 2 до 5.

Скорость передачи цифровой информации в канале АИС выбрана 9600 бит/с, что обусловлено использованием как широкополосных международных каналов (с разносом частот между каналами 25 кГц), так и узкополосных каналов, выделяемых на региона

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Применение на судовых станциях автоматических идентификационных систем". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 613

Другие дипломные работы по специальности "Коммуникации и связь":

«Реклама и связи с общественностью», «Маркетинг»

Смотреть работу >>

Ремонт системы управления видеокамер аналогового формата

Смотреть работу >>

Теория электрических цепей

Смотреть работу >>

Роботизированные комплексы (РТК) предназначенные для технологического процесса сборки

Смотреть работу >>

Моделирование и методы измерения параметров радиокомпонентов электронных схем

Смотреть работу >>